خطوط نقل القوى الكهربية

تحتوي هذه المشاركة على:
1. مقدمة عامة على خطوط النقل باللغة
الإنجليزية
(المصدر: موسوعة ويكيبيديا)
2. شرح مفصّل باللغة العربية على خطوط
نقل القوى الكهربية وكيفية حمايتها
(المصدر: مركز تطوير الدراسات العليا و البحوث في العلوم الهندسية)

Transmission line
A transmission line is the material medium or structure that forms all
or part of a path from one place to another for directing the
transmission of energy, such as electromagnetic waves or acoustic waves,
as well as electric power transmission. Types of transmission line
include wires, coaxial cables, dielectric slabs, striplines, optical
fibers, electric power lines, and waveguides. (some of these types at
picture below)

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

History
Mathematical analysis of the behaviour of electrical transmission lines
grew out of the work of James Clerk Maxwell, Lord Kelvin and Oliver
Heaviside. In 1855 Lord Kelvin formulated a diffusion model of the
current in a submarine cable. The model correctly predicted the poor
performance of the 1858 trans-Atlantic submarine telegraph cable. In
1885 Heaviside published the first papers that described his analysis of
propagation in cables and the modern form of the telegrapher's
equations.

Applicability
In many electric circuits, the length of the wires connecting the
components can for the most part be ignored. That is, the vol***e on the
wire at a given time can be assumed to be the same at all points.
However, when the vol***e changes in a time interval comparable to the
time it takes for the signal to travel down the wire, the length becomes
important and the wire must be treated as a transmission line. Stated
another way, the length of the wire is important when the signal
includes frequency components with corresponding wavelengths comparable
to or less than the length of the wire.
A common rule of thumb is that the cable or wire should be treated as a
transmission line if the length is greater than 1/10 of the wavelength.
At this length the phase delay and the interference of any reflections
on the line become important and can lead to unpredictable behavior in
systems which have not been carefully designed using transmission line
theory.

The four terminal model
For the purposes of analysis, an electrical transmission line can be
modelled as a two-port network (also called a quadrupole network), as
follows:

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

In the simplest case, the network is assumed to be linear (i.e. the
complex vol***e across either port is proportional to the complex
current flowing into it when there are no reflections), and the two
ports are assumed to be interchangeable. If the transmission line is
uniform along its length, then its behaviour is largely described by a
single parameter called the characteristic impedance, symbol Z0. This is
the ratio of the complex vol***e of a given wave to the complex current
of the same wave at any point on the line. Typical values of Z0 are 50
or 75 ohms for a coaxial cable, about 100 ohms for a twisted pair of
wires, and about 300 ohms for a common type of untwisted pair used in
radio transmission.
When sending power down a transmission line, it is usually desirable
that as much power as possible will be absorbed by the load and as
little as possible will be reflected back to the source. This can be
ensured by making the load impedance equal to Z0, in which case the
transmission line is said to be matched. Ensuring the source impedance
matches Z0 will maximize power transfer from the source to the
transmission line, but has no other effect on the behavior of the line.
Some of the power that is fed into a transmission line is lost because
of its resistance. This effect is called ohmic or resistive loss (see
ohmic heating). At high frequencies, another effect called dielectric
loss becomes significant, adding to the losses caused by resistance.
Dielectric loss is caused when the insulating material inside the
transmission line absorbs energy from the alternating electric field and
converts it to heat (see dielectric heating).
The total loss of power in a transmission line is often specified in
decibels per metre (dB/m), and usually depends on the frequency of the
signal. The manufacturer often supplies a chart showing the loss in dB/m
at a range of frequencies. A loss of 3 dB corresponds approximately to a
halving of the power.
High-frequency transmission lines can be defined as those designed to
carry electromagnetic waves whose wavelengths are shorter than or
comparable to the length of the line. Under these conditions, the
approximations useful for calculations at lower frequencies are no
longer accurate. This often occurs with radio, microwave and optical
signals, and with the signals found in high-speed digital circuits

خطوط نقل القوي الكهربية
Transmission Lines

يعتبر نقل الطاقة الكهربية من محطات التوليد الي المستهلك هو الهدف الأساسي
من انشاء خطوط النقل كما يجب المحافظة علي قيمة الجهد الكهربي عند النقط
المختلفة في حدود معينة . و تختص خطوط النقل الكهربي بأربعة ثوابت هي :
المقاومة – المفاعلة – السعة – التوصيلية . و في العادة تهمل التوصيلية
لصغر قيمتها .

وتقسم خطوط نقل القوي الكهربية طبقا لأطوالها الي المجموعات التالية:
‌أ) خطوط قصيرة و يقل طولها عن 80 كيلومتر
‌ب) خطوط متوسطة الطول و يتراوح طولها ما بين 80 الي 240 كيلومتر
‌ج) خطوط طويلة و يزيد طولها عن 240 كيلومتر.

و تختلف كل مجموعة عن الأخري في طريقة تمثيل الثوابت و اخذها في الاعتبار
او اهمالها. و قد وجد أن دقة النتائج مقبولة في كل حالة مع البساطة في
الحسابات. و في هذا المجال تهمل السعة في المجموعة الأولي و تؤخذ في
الاعتبار كقيمة مركزة عند نقطة معينة في المجموعة الثانية ، أما في
المجموعة الثالثة فيلزم اعتبار توزيع السعة علي طول الخط حيث ترتفع قيمة
التيار السعوي علي الخط لزيادة الطول.

خطوط القوي القصيرة Short Transmission
Line
يبين الشكل (1) الدائرة المكافئة للخط الذي يمثل بمقاومة R قيمتها تساوي
المقاومة الكلية للخط ومفاعلة X قيمتها أيضا تساوي المفاعلة الكلية للخط ،
و تهمل التوصيلية و السعة. و في هذه الحالة يكون التيار عند المولد Is
يساوي التيار عند الحمل الكهربي Ir و تكون العلاقة بين التيار و الجهد كما
يلي:

Is = Ir = I
Vs = Vr + Is ( R + jX)
= Vr + I Z

حيث Z هي ممانعة الخط.
و المعادلات السابقة هي معادلات اتجاهية (مركبة) ، و يلاحظ أن اتجاه السهم
للتيار و الجهد في شكل (1) يمثل الاتجاه في نصف الدورة الموجبة للتيار
المتردد ، و هو أيضا يمثل اتجاه انتقال القدرة الكهربية من المولد الي
الحمل الكهربي.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

ويحدد أداء الخط الكهربي electrical performance بالقيم التالية:
أ‌) التغير في الجهد الكهربي عند نقطة الحمل vol***e regulation و يعرف
بالمعادلة التالية:

Percen***e regulation = ( |VNL| - |VFL| / |VFL| ) x 100
Where:
|VNL| = magnitude of receiving end vol***e at no load (NL)

القيمة العددية للجهد عند نقطة الحمل في حالة اللاحمل (فصل الحمل) و تساوي
في هذه الحالة جهد المصدر الكهربي ( المولد).
|VFL| = magnitude of receiving end vol***e at full
load

القيمة العددية للجهد عند نقطة الحمل عند التحميل الكلي ، و تختلف في هذه
الحالة عن جهد المولد الكهربي طبقا لمعامل القدرة للحمل و ثوابت الخط
الكهربي. و بشكل عام اذا كان معامل القدرة ( cos  ) حثي متأخرا (lag) فان
القيمة العددية للجهد عند الحمل تكون أقل من القيمة العددية للجهد عند
المصدر. و الشكل (2) يوضح هذه الحالة العامة حيث يمكن أن تزيد قيمة الجهد
عند الحمل في حالة معامل القدرة السالب (lead). و العلاقة التقريبية
التالية تعطي قيمة التغير في الجهد كدالة في معامل القدرة:

Percen***e regulation = [ (I R cos  + I X sin  ) /Vr ] x 100

ب‌) الفقد في القدرة الكهربيةtransmission line losses ، و تمثل الفقد
الفعال و الغير فعال في ممانعة الخط و يعبر عها كالتالي :
Active losses = I2 R
Reactive losses = I2 X

و في حالة النظام ثلاثي الأوجه تضرب القيمة في 3.

ج) كفائة خط النقل transmission line efficiency ، و تعطي بالعلاقة:
 = (1 – loss/Ps ) x 100
Where
Ps = Vs Is cos  in single phase
Ps = 3 Vs Is cos  in 3 phase

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

[size=16][size=12]
[right]خطوط النقل متوسطة الطول Medium
transmission line
في هذه الخطوط تهمل التوصيلية و توجد حالتان لتمثيل سعة الخط :
الحالة الأولي:
تعتبر السعة الكلية للخط مركزة عند نقطة واحدة في منتصف الخط و تسمي هذه
الدائرة T- circuit و الشكل (3) يوضح هذه الدائرة. و يلاحظ أن القيم الكلية
للمقاومة والمفاعلة تم تقسيمها الي جزئين متساويين علي جانبي نقطة المنتصف
حيث توصيل السعة. و علاقات الجهد بالتيار طبقا للتالي:

Vm = Vr + Ir Z/2
Ic = Y Vm
Vm = ( Ic + Ir ) Z/2
Is = Ir + Y Vm

و الشكل (4) يوضح الرسم المتجهي للجهد و التيار في حالة
خط النقل متوسط الطول الحالة الأولي.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

الحالة الثانية:
تقسم السعة الكلية للخط الي جزئين متساويين عند بداية و نهاية الخط و تسمي
هذه الدائرة - circuit و الشكل (5) يوضح هذه الدائرة. و علاقات الجهد و
التيار طبقا للتالي:
Ic2 = Vr x Y/2
Ic1 = Vs x Y/2
Is = Ic1 + Ic2 + Ir
= VsY/2 + Vr Y/2 + Ir
Vs = Vr + Z ( Ir + Vr Y/2)

و يوضح شكل (6) رسم متجهات الجهد و التيار . ويلاحظ ان
المعادلات السابقة انه اذا كانت قيم السعة صغيرة فان قيمة السماحية Y تكون
صغيرة و باهمالها سوف تعطي حالة و معادلات الخط القصير. كما يلاحظ ايضا ان
دائرتي T- circuit و - circuit غير متكافئتين كما في حالة تحويل نجمة الي
دلتا ، ولكن تعطي الدائرتان نتائج متقاربة.
و يكون حساب اداء الخط ( التغير في الجهد الكهربي عند الحمل – الفقد في
القدرة الكهربية – كفائة الخط ) كما في طرق الخطوط القصيرة.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

خطوط النقل الطويلة
Long transmission lines
تعتبر ثوابت الخط موزعة علي طول الخط و ليست مجمعة في نقطة أو نقطتين و ذلك
لضمان دقة الحسابات. و الشكل (7) يوضح تمثيل الخط في الدائرة المكافأة
الاحادية بين وجه و خط التعادل و ذلك لنظام ثلاثي الأوجه.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

وفي حالة نظام الوجه الواحد single phase تكون قيم الممانعة X و السماحية Y
خاصة بالدائرة بين خطي الدائرة و ليس بين الخط و نقطة التعادل كما في نظام
الثلاثة أوجه.
و لاستنتاج علاقات الجهد و التيار يؤخذ عنصر صغير طوله dx علي مسافة x من
نهاية الخط و له ممانعة علي التوالي Z dx و سماحية Y dx و التغير في الجهد
dV و التغير في التيار بسبب السعة المتصلة علي التوازي dI. و يلاحظ ان
الجهد و التيار يزدادان مع زيادة قيمة x ، لذلك :

dV = I Z dx
dV/dx = I Z
dI = V Y dx
dI/dx = VY

باجراء التفاضل علي المعادلات السابقة بالنسبة للمسافة x
:

d2V/dx2 = Z dI /dx
d2I /dx2 = Y dV/dx

بالتعويض عن قيم dI/dx و dV/dx نحصل علي :

d2V/dx2 = Z YV
d2I /dx2 = Y ZI

و هما معادلاتان تفاضليتان خطيتان و الحل في الصورة :

V = A1 e  YZ x + A2 e -  YZ x
و باجراء التفاضل مرتان علي المعادلة السابقة نحصل علي :
d2V/dx2 = Y Z (A1 e  YZ x + A2 e -  YZ x )

أي ان التفاضل الثاني يساوي يساوي مقدار ثابت ( Y Z )
مضروب في V ، و بالتالي يمثل حل المعادلة. و يمكن كتابة معادلة مماثلة
للتيار كالآتي:

I = (1 / ( Z/Y)) [ A1 e  YZ x - A2 e -  YZ x ]

حيث أن :

dV/dx = IZ

ولتعيين الثوابت A1 و A2 تستخدم الشروط عند نهاية الخط و
هي :

At x = 0 : V= Vr and I = Ir

و بالتعويض ينتج :

Vr = A1 + A2
Ir = (1 / ( Z/Y)) [ A1 – A2 ]
Put Zc =  YZ , then
A1 = ( Vr + Ir Zc )/2
A2 = ( Vr - Ir Zc )/2

و بالتعويض  =  YZ يمكن الحصول علي الصورة
الأساسية لمعادلات الجهد و التيار كما يلي:
V = ( Vr + Ir Zc )/2 e  x + ( Vr - Ir Zc )/2 e -  x
I = ( Vr/Zc + Ir )/2 e  x - ( Vr/Zc - Ir )/2 e -  x

وتسمي Zc =  L/C الممانعة المميزة characteristic
impedance أو الممانعة التمورية surge impedance و  ثابت الانتشار
propagation constant . و تبلغ قيمة Zc في خطوط النقل الهوائية ما بين
400 الي 500 أوم و في الكابلات ما بين 40 الي 60 أوم. و يعرف التحميل
بالممانعة التمورية surge impedance loading بأنه الحمل الكهربي ذو معامل
قدرة الوحدة بفرض أن مقاومة الخط تساوي الصفر و تكون القدرة المنقولة علي
الخط :

Pr = V2r / Zc MW

وتسمي بالقدرة الطبيعية للخط natural power و تمثل أكبر
قدرة يمكن توصيلها للحمل عند نهاية الخط. و لزيادة هذه القيمة يمكن رفع
الجهد الكهربي عند الحمل أو بتقليل قيمة الممانعة التمورية بوسائل اصطناعية
مثل توصيل مكثفات علي التوالي لتقليل قيمة الممانعة للخطوط. ويلاحظ أن
القدرة الطبيعية قد لاتساوي اكبر قيمة لتحميل الخط maximum loading .

الدائرة المكافئة للخطوط الطويلة *****alent
circuit for long lines
كما ذكر من قبل فإن الدائرتان - circuit و T- circuit لا تمثلا الخط
الطويل ذو الثوابت الموزعة لذلك سوف نفرض القيم Y’ و Z’ في هذه الدوائر
بدلا من Y و Z ، لذلك نحصل علي :

Vs = ( Z’ Y’ /2 + 1) Vr + Z’ Ir

وبمقارنة ذلك بقيم Vs و Is في الصورة الأسية :

Vs = Vr cosh  l + Ir Zc sin  l
Is = Ir cosh  l + Vr/Zc sin  l

وبمساواة معامل التيار Ir ينتج :

Z’ = Zc( sin  l)/  l

حيث Z هي المقاومة الكلية علي التوالي للخط

Y’/2 = Y/2 ( tanh  l /2) / ( l /2)

و الشكل (8) يبين الدائرة المكافئة للخطوط الطويلة.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

الدائرة العامة للخط الكهربي و
ثوابتها
يمكن تمثيل دائرة الخط الكهربي بدائرة عامة صندوقية لها مدخلان و مخرجان
كما هو موضح بالشكل (9).

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

و بتغير قيم الثوابت A,B,C,D تمثل هذه الدائرة جميع
حالات خطوط القوي الكهربية. و الجدول التالي يبين قيم هذه الثوابت للخطوط
المختلفة:

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

[center]وقاية خطوط النقل الكهربي
Transmission Line Protection

وقاية خطوط النقل بنظام زيادة
التيار Overcurrent Protection
لقد تطورت نظم الوقاية الأولية على أساس قيم التيارات الزائدة والتى تنتج
من حدوث أعطال وهذا الأساس في نظم الوقاية باستخدام زيادة التيار.
وعند وقاية خطوط النقل في نظم القوي المتشبعة فيلزم ضمان القدرة الانتقائية
بمعني أن يعمل المرحل محدثًا أقل قطع في الخدمة عند عزل العطل وهو ما يطلق
عليه تنسيق المرحلات وهناك عدد من الطرق المختلفة والمكنة لتحقيق القدرة
الانتقائية المطلوبة وتظهر طرق التدرج والتنسيق (الزمن - التيار) في ثلاث
طرق أساسية والتى سيتم مناقشتها الدوائر الإشعاعية والحلقية والتى ظهر فيها
خطوط ذات مقاطع متعددة على التوالي .

ثلاث طرق لتنسيق المرحلات :
أ) التنسيق بالزمن Time grading :
في هذه الطريقة تستغل حقيقة أن تيارات الأعطال تكون أعلي كلما قرب العطل من
المصدر ولذا تضبط المرحلات حتى تعمل عند تيارات متدرجة مناسبة والتى تقل
كلما زادت المسافة من المصدر . ويوضح شكل (1) مثالا لطريقة التنسيق بالتيار
مطبقة على نظام خط كهرباء قوي إشعاعي. في كل من النقاط 2-3-4-5 توجد وحدة
وقاية مزودة بمرحل زيادة تيار و زمن تأخير محدد definite time-delay
overcurrent relay . و يساهم التأخير الزمني في عملية الأنتقاء selectivity
. و يتم ضبط المرحل عند القاطع رقم 2 علي أقل تأخير زمني ( 0،25 ثانية) . و
يلي ذلك المرحل عند القاطع 3 علي تأخير زمني 0،5 ثانية و المرحل عند
القاطع 4 علي ثانية واحدة. و في حالة حدوث قصر كهربي عند النقطة F سيعمل
المرحل عند القاطع 2 و يقوم بعزل مجال العطل و قبل أن تعمل المرحلات 3-4-5 .
و عيب هذه الطريقة أن أطول فترة تأخير زمني تكون بجانب المصدر حيث يكون
يتار القصر أعلي قيمة.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

ب) التنسيق بالتيار Current grading :
في هذه الطريقة يتم الاستفادة من حقيقة أن تيار القصر يكون أكبر ما يمكن
بجوار المصدر وبالتالي يتم ضبط المرحلات علي قيم للتيار تتناقص كلما بعدت
المسافة عن المصدر. و يوضح الشكل (2) مثالا لتنسيق قيم التيار علي طول خط
كهربي. و سيتم عرض عيوب ومميزات التنسيق بالتيار عن طريقة الأمثلة القادمة .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

مثال (1) :
باعتبار النظام الإشعاعي الموضح في شكل (3) ، احسب تيارات العطل للأعطال FE
, FD , FC , FD, FA واقتراح ضبط للمرحلات على أساس طريقة التنسيق بالزمن
بافتراض 30% مجال للخطأ.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

الحــــــــل :
جهد النظام هو 11 كيلو فولت ولهذا يحسب تيار العطل كالآتي :
I = V/XF = 11000/ 3 / XF

حيث XF هي المفاعلة من المصدر إلى نقطة العطل. و في
حالة العطل عند FA تكون :

XFA = 0.5 + 0.25 + 0.05 + 2.1 = 2.9 ohm

ومن ثم يكون تيار العطل هو :

IFA = 11000/ (3 x 2.91) = 2189.95 A

و العطل عند FB تكون :

XFB = 0.5 + 0.25 + 0.05 = 0.8 ohm

ومن ثم يكون تيار العطل :

IFB = 11000/ (3 x 0.8) = 7938.57 A

والعطل عند C تكون :

XFC = 0.5 + 0.25 = 0.75 ohm

ومن ثم يكون تيار العطل :

IFC = 11000/ (3 x 0.75) = 8476.8 A

ولأن FD قريبة جدًا من FC نستنتج أن :

IFD = IFC = 8476.8 A

والعطل عند E يكون :

XFE = 0.5 ohm

ولهذا :
I
FE = 11000/ (3 x 0. 5) = 12701.71 A

وسيستجب المرحل رقم (1) للأعطال عند FB و FC ويتم ضبطه
عند 130% من تيار العطل FA ولهذا :

IS1 = 1.3 IFA = 2846.93 A

وسيستجيب المرحل رقم (2) للأعطال FD , FE وسيضبط عند :

IS2 = 1.3 IFC 11008.14 A

مع ملاحظة أن المرحل رقم (2) لن يستجيب للأعطال FC, FB,
FA
وعمليًا يكون هناك تغييرات في مستوي تيار العطل والذي يؤدي إلى تقليل قدرة
المصدر الظاهرية XS بــ 50% و يعتبر ذلك مصدر زيادة في معاوقة المصدر
(مضاعفة XS) وكنتيجة لذلك تقل قيم تيارات العطل ونتائج ذلك موضحة في المثال
القادم .

مثال (2) :
بافتراض نفس نظام القوي الموجود في المثال السابق مع تغيير مستوي المصدر
يؤدي إلى تغيير XS من 5, 0 أوم إلي واحد أوم ، أوجد تيارات العطل وأدرس
تأثيرها على عمل المرحلات .

الحــــــــــــل :
التيارات القادمة هي قيم التيارات المعدلة :
IFA = 11000/ (3 x 2.95) = 2152.83 A
IFB = 11000/ (3 x1.3) = 4885.27 A
IFC = 11000/ (3 x1.25) = 5080.68 A
IFE = 11000/ (3 x1.0) = 6350.85 A

ومازال المرحل رقم (1) يستجيب للأعطال FC,FB والمرحل
رقم (2) لن يستجيب لأي عطل بما فيهم FE مع ملاحظة أن وجود المحول ذو
المفاعلة (X=2.1) هو السبب الأساسي لعدم عمل المرحل (1) بطريقة سليمة ولهذا
فاستخدام طريقة التنسيق بالتيار ليس عمليًا لحماية الدائرة بين القواطع
1،2 ومع ذلك إذا كانت هناك معاوقة لها قيمة معقولة بين القواطع ستجعل هذه
الطريقة عملية .

الحماية بنظام زيادة التيار الزمني العكسي Inverse-Time
Overcurrent Relaying :
كلتا الطريقتان المستخدمتان للتنسيق سابقا لها عيوبهما ولذلك تم التطوير
باستخدام طريقة المرحل الزمني العكسي لزيادة التيار للتغلب على القصور
الحادث بسبب استخدام أيًا من التنسيق بالتيار أو الزمن وحدة وباستخدام هذه
الطريقة الثالثة يتناسب زمن تشغيل المرحل عكسيًا مع مستوي تيار العطل ,
ويوضح شكل رقم ( 4 ) هذه العلاقات . و الخواص للمرحل من نوع (CO -7) هى
الأكثر شيوعًا في الاستخدام , ويوضح شكل (5) نظام خط كهربي إشعاعي مع
التنسيق بالوقت باستخدام مرحلات زمنية عكسية موجودة عند القواطع 2،1 ،3 .
و بالنسبة للأعطال القريبة من نقاط الوقاية فاستخدام طريقة زيادة التيار
الزمني العكسي يحقق نقص واضح في الأزمنة المطلوبة للتخلص من العطل.

وبصفة عامة توجد طريقتان لضبط تشغيل مرحل التيار الزمني والذى يتناسب فيه
زمن التشغيل مع قيمة التيار وهما:
1- يتم تحديد التيار الذي يعمل عنده المرحل (تيار اللقط Pik up current )
بضبط نقاط ملف التيار (Tap ) أو استخدام وسيلة ضبط التيار (C.T.S) مع
تعريف تيار اللقط بأنه التيار الذي يتسبب في عمل المرحل وغلق أقطاب
التلامس لأجهزة القطع.
2- آلية تعديل الزمن الذى يعمل عنده المرحل و تشير إلى مكان الإعادة إلى
الوضع الأصلي لقضيب التلامس المتحرك والذي يتغير مع زمن التشغيل عند أي وضع
للضبط وأي قيمة للتيار.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

وترسم الخصائص الزمنية بدلالة الزمن مقابل قيم متعددة من تيار التشغيل عند
قيمة معينة للزمن (Time dial) وهناك خمسة أشكال مختلفة للمنحنيات :
عكس لاقصي درجة CO- 11
عكس عال جدًا CO - 9
عكس CO - 8
عكس معتدل CO - 7
عكس بقيمة محددة صغيرة CO - 6

وهذه الأشكال معطاة في شكل (4) وتوضح الأشكال (6 ,7) الخصائص والسمات
التفصيلية لنوعين من المرحلات .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

مثال (3) :
باعتبار النظام الإشعاعي (11 كيلو فولت) الموضح في شكل (8) وبافتراض أن كل
الأحمال لها نفس معامل القدرة , حدد قيم ضبط المرحل اللازمة لوقاية النظام
بافتراض استخدام مرحل من نوع CO-7 (خصائص هذا النوع موضحة في شكل (6)).

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

الحـــــــــل :
تيارت الحمل تحسب كالآتي :-

I1 = 4 x 106 / (3(11x103 )) = 209.95 A
I2 = 2.5 x 106 / (3(11x103 )) = 131.22 A
I3 = 6.75 x 106 / (3(11x103 )) = 354.28 A

وتحسب التيارات الطبيعية خلال المقاطع كالآتي :

I21 = I1 = 209.95
I32 = I21 + I2 = 341.16 A
Is = I32 + I3 = 695.44 A

ومع نسب تحويل التيار المعطاة تكون تيارات المرحل
كالآتي :

i21 = 209.95 / 200/5 = 5.25 A
i32 = 341.16 / 200/5 = 8.53 A

i21 = 695.44 / 400/5 = 8.69

ويمكننا الآن تحديد نقاط ضبط التيار (C.T.S) أو تيار
التشغيل (pick up current ) بطريقة تجعل المرحل لا يعمل عند التيارات
الطبيعية ولهذا النوع من المرحلات تكون نقاط ضبط التيار المتاحة هي
4-5-6-7-8-9-10-12 أمبير وللوضع (1) تكون قيمة التيار الطبيعي في المرحل
هي 5،25 أمبير (5.25 A) ولذلك تختار :
( C.T.S )1 = 6 A

وللوضع (2) يكون قيمة التيار الطبيعي للمرحل هو 8.53 A
ولذلك تختار :
( C.T.S )2 = 10 A

وبالنسبة للوضع (3)
( C.T.S )3 = 10 A

مع ملاحظة أننا نختار اقرب قيمة للضبط أعلي من التيار
الطبيعي، والخطوة التالية هى اختيار التأخر الزمني المتعمد والذي يرمز له
بآلة ضبط الزمن (T.D.S) وفيها يتم استخدام قيم تيار القصر المحسوبة حتي
يتم التنسيق بين المرحلات و سيكون التيار في المرحل (1) لقصر عند النقطة
(1) هو:
isc1 = 2500 / ) 200/5( = 62.5 A

وبالتعبير عنه بقيمة متعددة من تيار التشغيل أو قيمة
(C.T.S) سنحصل على :

isc1 /(C.T.S)1 = 62.5 / 6 = 10.42

وسنختار أقل قيمة T.D.S للمرحل الأسرع في العمل ولهذا
بالرجوع إلى خصائص المرحل سنحصل على زمن تشغيل المرحل (1) لعطل عند نقطة
(1) يساوي :
( T. D. S .) 1 = 1 / 2

وبالإ شارة الى خصائص المرحل , يكون وقت تشغيل المرحل 1
لقصر عند 1 هو

T11  0.15 s

ولكى يعمل المرحل عند النقطة 2 لقصر عند النقطة 1 ,
وبسماح وقت قدره 1 , ثانية لعمل جهاز القطع وكذلك خطأ فى الوقت مقداره 3 ,
بالإضافة إلى الوقت T11 و بالتالى يكون التيار الكلى يساوي:

T21 = T11 + 0.1 + 0.3 = 0.55 s

ويكون قيمة تيار القصر كمضاعف من C.T.S. عند نقطة 2
تساوى:

isc1 / ( C.T. S.)2 = 62.5 / 10 = 6.25

ومن منحنيات المرحل عند 55 , . ونسبة تضاعف 6,25 ,
نحصل علي :

( T. D. S .)2  2.0

والمرحلة الأخيرة للضبط عند المرحل 3 . و لقصر عند
القضيب (2) قيمة تيار القصر تبلغ 3000 أمبير و سوف يعمل مرحل 2 بعد وقت
T22

isc1 /(C.T.S)2 = 3000 /((200/5)x10 ) = 7.5
T22 = 0.5 s

و بفرض تساوي مرحل 3 لقصر عند الموضع 2 نحصل علي :

T32 = T22 + 0.1 + 0.3 = 0.9 s

و يتم التعبير عن التيار كمضاعفة من تيار التشغيل
كالتالي :

isc2 /(C.T.S)3 = 3000 /((400/5)x10 ) = 3.75

و في حالة T3 = 0.9 s و لنفس النسبة نحصل من علاقة
المرحل علي :
( T. D. S .)3  2.5

[size=12][center]وقاية خطوط
النقل الكهربي
Transmission Line Protection

وقاية المغذيات بالأسلاك الدليلية
Pilot-wire feeder protection :
إن تطبيق نظام الوقاية باستخدام التدرج في مرحلات زيادة التيار لوقاية
المغذيات له عيبان : الأول أن استخدام التدرج في ضبط المرحلات ربما
يؤدي إلى زيادة كبيرة في زمن تشغيل المرحلات مما يزيد من إمكانية حدوث
تدمير للنظام وقطع للخدمة , و الثاني هو أن الحصول على نظام تدرج
مرضي في الشبكات المعقدة يعتبر هدفا صعب تحقيقه مما يؤدي إلى ظهور مبدأ "
حماية الوحدة " والذي يتضمن قياس تيارات العطل عند كل نهاية منطقة محددة في
فرع المغذي نفسه ثم يتم نقل وتبادل هذه القياسات والمعلومات بين المعدة
عند حدود المنطقة المطلوب حمايتها , والمبدأ المستخدم هنا هو مبدأ الحماية
التفاضلية.

وبالنسبة للمغذيات القصيرة يتم استخدام نظم الأسلاك الدليلية لنقل
المعلومات ويتم تصنيف نظم الوقاية التفاضلية باستخدام الأسلاك الدليلية
لحماية المغذيات إلى ثلاث أنواع :
1- نظم استخدام التياري الساري Circulating current system
2- نظم الجهد المتزن Balanced vol***e system
3- نظم مقارنة الطور (Carson - Last)

وكل هذه الأنواع تعتمد على حقيقة إهمال التيار السعوي وعلى قياس القيمة
اللحظية للتيار الذي يدخل أو يخرج من الموصل عند النهاية الأخرى . ولذلك
تكون القيمة اللحظية الكلية للتيار الذي يدخل أو يخرج الموصل مساوية للصفر ,
وذلك ما إذا كان الموصل سليم . وعلى الناحية الأخرى إذا كان الموصل متصل
بقصر إلى الأرض أ و إلي أي موصل آخر عند أي نقطة سيكون التيار الكلي
الذي يدخل أو يخرج من الموصل مساوي للقيمة اللحظية للتيار الذي يدخل أو
يخرج من الموصل عند نقطة العطل .

نظم استخدام التيار الساري :
يظهر المبدأ الأساسي لعمل نظم استخدام التيار الساري في شكل (1) والذي يوضح
تطبيقه على مغذي ذو طور واحد , و يستخدم في هذا النظام اثنين من محولات
التيار لهما نفس نسبة التحويل ، محول تيار عند كل نهاية من الدائرة المطلوب
حمايتها وتوصل الملفات الثانوية للمحولين على التوالي مما يجعل الجهود
الثانوية المتولدة في حالة الحمل أو في حالة الأعطال الخارجية في نفس
الإتجاه مما يتسبب في جمعها محدثة تيار يسري في دائرة الأسلاك الدليلية.

ويحمل المرحل الموضح فى الشكل الرمز (R) والذي يتم توصيله عند نقطة منتصف
دائرة الأسلاك الدليلية والتى يمر بها الفرق بين التيارات الثانوية لمحولي
التيار ويكون تيار الفرق مساويا للصفر إذا ما كان التياران الثانويان
لمحولي التيار متساويان. وتحت ظروف أعطال التماس الداخلية لا يتحقق التساوي
في التيارات الثانوية ومن ثم يسري التيار المحصل في المرحل للعمل على عزل
المغذي المصاب بالعطل من نظام القوي. ولكن النظام البسيط الموضح ليس عمليًا
وذلك لأن إشارة عزل الجزء المصاب من الدائرة تصدر من المرحل الموضوع عند
النقطة المتوسطة من الدائرة المحمية .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

ولتحقيق أخذ إشارة عزل الجزء المصاب من الدائرة من المرحلات الموجودة عند
الأطراف فقد تم تطوير نظام الحماية باستخدام الأسلاك الدليلية عن طريق نظام
التيار الساري بإضافة جزء للتعديل الذاتي . وفى هذا النظام يتم توصيل
المرحلان (مرحل عند كل نهاية من المنطقة المطلوب حمايتها) على التوالي من
خلال السلك الدليلي الثالث كما هو موضح في شكل (2) حيث يحمل السلك الدليلي
والمرحلان تيار الفرق بين الناتج من كل محول جمع ويتم استخدام مجزءات
التيار (r) في دائرة التحكم وفى محولات تعويض الجهد مع الاحتفاظ بالسلك
الدليلي الثالث عند نقطة الجهد المتوسط للسلكين الدليلين الأخريان تحت كل
ظروف التيار الممكنة ويتم حفظ تيارات الأسلاك الدليلية السعوية عند قيم ذات
حدود تفاوت مسموح بها .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

نظم الجهد المتزن :
يتم توضيح مبدأ عمل نظم حماية المغذيات التفاضلية باستخدام الجهد المتزن
على دائرة أحادية الطور في شكل (3) وفى هذا النظام يتم توصيل الملفات
الثانوية لمحولي التيار الموجودين عند نهاية الدائرة المطلوب حمايتها على
التوالي بطريقة معكوسة حول حلقة الأسلاك الدليلية ولهذا لا يمر تيار خلال
المرحل المتصل على التوالي مع الأسلاك الدليلية تحت ظروف الحمل أو ظروف
الأعطال الخارجية. وتحت ظروف الأعطال الداخلية لا تتساوى الجهود الثانوية
لمحولات التيار وفى نفس الوقت لا تزال معكوسة مما يؤدي إلى ظهور جهد محصلة
للجهدين محدثًا تيار يسري في الأسلاك الدليلية وفى المرحل . ومن ثم فتشغيل
المرحل يعزل جزء الدائرة المصاب بالعطل من النظام.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

نظام الوقاية المسافية Distance protection
إن وقاية وحماية الخطوط والمغذيات والتى تعتمد أساسا على مقارنات قيم
التيار عند كل من نهاية الحظ تعتبر طريقة غير اقتصادية لضرورة مد أسلاك على
طول الخط مما قد يعرضها للعطل. أما نظم الوقاية باستخدام مبدأ المقارنة
والذي يحدد أساسًا مكان العطل وقياس الممانعة يتم باستخدام مرحلات مقارنة.
والمرحل البسيط من النوع الذي يستخدم الممانعة موضح بالشكل رقم (4) والذي
يغذي فيه ملف بالتيار المتناسب مع تيار العطل والملف الآخر سيتم تغذيته
بتيار متناسب مع الجهد الحلقي للعطل. وتحت ظروف التشغيل الطبيعية يتعدي عزم
الشد (الجذب ) المتولد بملف مغناطيس الجهد القيمة المتولدة بملف مغناطيس
التيار مما يعمل على فتح الأقطاب . أما في حالة أعطال التماس التى تقع داخل
نطاق عمل المرحل فيزداد التيار الذي يسري خلال ملف التيار بينما يقل
التيار الذي يسري خلال ملف الجهد ومن ثم يعمل المرحل على تشغيل قاطع
الدائرة .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

والمرحل السابق وصفه هو مرحل المعاوقة العادي والذي تظهر خصائصه في شكل (5)
والذي يستجيب للأعطال التى تحدث بعده ( الربع الثالث ) على الرسم (X-R)
بالإضافة إلى الأعطال التى تحدث قبل. ولمنع ذلك يتم إضافة مرحل اتجاهي
منفصل يعمل على منع التشغيل للأعطال التى تحدث خلف المنطقة المطلوب حمايتها
ومرحلات المفاعلة ومرحل Mho بخصائصها الموضحة في شكل (6) تربط قدرة المرحل
على قياس المعاوقة مع قدرته الاتجاهية أيضًا و تشغيل مرحل Mho يعطي للمرحل
عندما يمر محيط الدائرة خلال نقطة الأصل وينبع هذا التشغيل من الحقيقة
التى تجعل خاصية مرحل Mho خط مستقيم في مستوي السماحية (admittance ).

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

والتطبيقات الأولية للوقاية باستخدام المعاوقة تجعل أزمنة تشغيل المرحل
دالة في المعاوقة إلى نقطة العطل بمعني أنه كلما قرب العطل يقل زمن التشغيل
وهذا ما يتم توضيحه في شكل (7).

ولهذا النظام نفس عيوب نظام الوقاية بزيادة التيار المذكور سابقًا ومن
الناحية العملية يتم ضبط المرحل حتى يعمل لحظيًا للأعطال التى تحدث خلال
80% من طول المغذي ( وهو ما يعرف بالمنطقة الأولي ) أما الأعطال التى تحدث
خلف هذه النقطة والتى تمتد إلى نقطة منتصف المغذي التالي يتم اكتشافها بمد
المنطقة التى يضبط عندها المرحل من المنطقة الأولي إلى ضبطه إلى المنطقة
الثانية بعد تأخر زمني يساوى تقريبًا من 0,5 إلى 1 ثانية ) .

والمنطقة الثانية للمرحل الأول لن تكون أقل من 20 % من طول المغذي الأول
والامتداد في الضبط يحدث بزيادة المعاوقة الموجودة على التوالي مع تيار ملف
الجهد للمرحل. ويتم الحصول على المنطقة الثانية ( باستخدام مرحل مبدئي )
والتى تمتد من نقطة منتصف المغذي الثاني إلى المغذي الثالث بنسبة 25% من
طوله مع تأخر آخر من (1إلى 2 ثانية ) مما يحقق أيضًا فكرة الحماية
الإضافية. و الشكل (8) يوضح منحنيات المسافة مع الزمن للنظام ذو الثلاث
مغذيات.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

نظم الوقاية باستخدام مرحلات المعاوقة تستخدم وحدات متعددة من المرحلات يتم
تنظيمها حتى تعطي الخواص المطلوبة مثل الموضحة في شكل (9) ويشتمل النظام
التقليدي على :
1- اثنان من وحدات Mho المعدلة ( لكل منهما ثلاث عناصر ) تعمل الوحدة
الأولي لبدء الأعطال الأرضية ومرحل لقياس المنطقة الثالثة أما الوحدة
الثانية فتعمل لبدء أعطال الطور وتعمل كمرحل لقياس المنطقة الثالثة .
2- اثنان من وحدات Mho المستقطبة ( لكل منهما ثلاث عناصر ) وتعمل الوحدة
الأولي كمرحل للأعطال الأرضية لقياس المنطقة الأولي والثانية أما الوحدة
الثانية فتعمل كمرحل لأعطال الطور لقياس المنطقة الأولي والثانية .
3- اثنان من مرحلات التأخر الزمني لقياس الزمني للمنطقتين الثانية والثالثة

والفرق الأساسي يبين مرحلات الأعطال الأرضية وأعطال الطور هي توصيلات
محولات الجهد (P.T) ومحولات التيار (C.T) والتى تصمم حتى تجعل المرحل
يستجيب لنوع العطل المخصص له .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
[/size][/center]

[/right]
[/size][/size][/center]

» الأعطال في نظم القوي الكهربية
» تمثيل نظم القوي الكهربية
» نظم التغذية ونقل الطاقة الكهربية
» وقاية المحولات الكهربية
» وقاية المولدات الكهربية